JP2019118919A - 集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工に用いられる集塵装置の吸引力を全体にわたって高くする。【解決手段】集塵装置５０は、レーザ加工によって基板から発生する粉塵を集める集塵装置であって、ワークテーブル５１と、複数の集塵フード５５と、吸引装置５６とを備えている。基板載置部５１には、基板Ｇが載置される。複数の集塵フード５５は、ワークテーブル５１の下方に配置され上側に開口している。吸引装置５６は、複数の集塵フード５５内を吸引する。【選択図】図３

Description

本発明は、集塵装置、特に、基板のレーザ加工によって生じる粉塵を集めるための集塵装置に関する。

従来のレーザ加工装置では、例えば、加工テーブルに載置されたガラス基板に対して、加工ヘッドからレーザを照射することで、ガラス基板を加工する。その際に発生する粉塵は、集塵ダクトによって吸引されることで、回収される（例えば、特許文献１を参照）。

特開平６−２９７１８１号公報

特許文献１に記載の集塵装置は、排気用のパイプ１４と、それに直角な方向で交差するように連結されたパイプ１６を有している。パイプ１６には、上面に吸入口１６ａが形成されている。レーザ加工時に発生する粉塵は、吸入口１６ａを介してパイプ１６及びパイプ１４により外部に排出される。
しかし、吸入口１６ａは細いスリットであるので、粉塵に対する吸引力を十分に得られない可能性がある。特に、パイプ１６においてパイプ１４から遠い部分は、吸引力は低いおそれがある。

本発明の目的は、レーザ加工に用いられる集塵装置の吸引力を全体にわたって高くすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る集塵装置は、レーザ加工によって基板から発生する粉塵を集める集塵装置であって、基板載置部と、複数の集塵フードと、吸引装置とを備えている。
基板載置部には、基板が載置される。
複数の集塵フードは、基板載置部の下方に配置され上側に開口している。
吸引装置は、複数の集塵フード内を吸引する。
この装置では、吸引装置が動作すると、複数の集塵フード内に粉塵が吸い込まれる。集塵のための開口部が複数の集塵フードによって構成されているので、各集塵フードの開口面積を大きく設定することができ、そのため粉塵吸引能力が向上している。

複数の集塵フードの上面と基板載置部の上面との間には、空間が確保されていてもよい。
この装置では、上記空間によって、例えば基板の下面から発生した粉塵が、集塵フードに対して直線的に吸引される。ここで「空間が確保されている」とは、間に遮る物がない状態を言う。

基板載置部は、複数の集塵フードの上方に配置され上下方向に貫通する複数の開口部が形成されたワークテーブルを有していてもよい。
この装置では、例えば基板の下面がレーザ加工されると、基板の下面から粉塵が発生する。粉塵は、複数の開口部を通って下方に移動し、複数の集塵フードに吸引される。したがって、粉塵発生による不具合が生じにくい。

複数の集塵フードは、第１水平方向に並んでおり、固定位置に設けられていてもよい。
この装置では、複数の集塵フードが一水平方向に並んでいるので、同じ向きへの連続したレーザ加工が可能である。

集塵装置は、ワークテーブルを第１水平方向に直交する第２水平方向に移動可能な駆動装置をさらに備えていてもよい。
この装置では、駆動装置によってワークテーブルが第２水平方向に移動すると、基板もそれに伴って移動する。したがって、複数の集塵フードに対応する基板の位置が変更され、そのため基板の異なる位置へのレーザ加工を開始できる状態になる。

吸引装置は、複数の集塵フードに連結されたパイプと、パイプを開閉可能な弁とを有していてもよい。
この装置では、弁によってパイプを開閉することで、レーザ加工位置に対応する集塵フードの吸引を続けながら、それ以外の集塵フードの吸引を停止できる。

パイプは集塵フードの下部に連結されており、
集塵フードは、下方に向かって開口面積が狭くなるように傾斜した内側傾斜面を有していてもよい。
この装置では、集塵フード内に入った粉塵は、内側傾斜面によって、集塵フード内を下方につまりパイプに向かって誘導される。

レーザ加工は、基板の下面から上側に向けて加工を進めるレーザ・ドリリングであってもよい。
この装置では、レーザ加工時に基板の下面から大量の粉塵が発生するが、上記の構成によって効果的に集塵される。

本発明に係る集塵装置の吸引力が全体にわたって高くなる。

本発明の集塵装置が採用されたレーザ加工装置の模式図。 レーザ・ドリリング加工の加工原理を示す模式的断面図。 集塵装置の模式的斜視図。 集塵装置の吸引構成の模式図。 集塵装置の模式的正面図。 集塵装置の集塵フード及びパイプの部分斜視図。 集塵装置のワークテーブルと集塵フードの位置関係を示す模式的平面図。 集塵装置のワークテーブルと集塵フードの位置関係を示す模式的平面図。 第２実施形態の集塵装置の吸引構成の模式図。 第３実施形態の集塵装置の吸引構成の模式図。

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１を用いて、本発明が採用された基板切断用のレーザ加工装置１を説明する。図１は、本発明の集塵装置が採用されたレーザ加工装置の模式図である。図２は、レーザ・ドリリング加工の加工原理を示す模式的断面図である。
レーザ加工装置１は、ガラス基板Ｇにレーザ光を照射し、穴あけ等の加工を行うための装置である。ガラス基板Ｇは、図２に示すように、基板本体２３と、基板本体２３の片面に形成された膜２５（例えば、Ｍｏ膜）とを有する。なお、基板本体２３の膜２５が形成された側の面を第１面２３ａとし、膜２５と反対側を第２面２３ｂとする。

レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。
レーザ装置３は、ガラス基板Ｇにレーザ光を照射するためのレーザ発振器９を有している。レーザ発振器９は、従来と同様のレーザ管により構成されている。レーザ発振器９によって、例えば波長５３２ｎｍのグリーンレーザが出射される。
レーザ装置３は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系１１を有している。伝送光学系１１は、例えば、図２に示すように、レーザ光照射ヘッド２９を有している。

レーザ光照射ヘッド２９は、図示しないが、例えば、光学系と、内部に回折光学素子が組み込まれた中空モータと、結像ユニットと、Ｘ軸方向ガルバノミラー及びＹ軸方向ガルバノミラーを有するガルバノスキャナと、集光レンズと、を有している。また、レーザ光照射ヘッド２９をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸方向移動機構と、中空モータ、結像ユニット、ガルバノスキャナ及び集光レンズをＺ軸方向に移動させるためのＺ軸方向移動機構と、が設けられている。
Ｘ軸方向ガルバノミラーは、レーザ光のガラス基板Ｇ上における集光点を、Ｘ軸方向に走査させるためのミラーである。また、Ｙ軸方向ガルバノミラーは、レーザ光のガラス基板Ｇ上における集光点を、Ｙ軸方向に走査させるためのミラーである。これらのミラーを駆動することによって、集光点を平面内の所定の範囲で任意の方向に走査できる。ガルバノミラーを用いるとで、比較的広い面積を加工できる。例えば、直径４０〜６０ｍｍ程度の円の形状に加工できる。

レーザ加工装置１は、機械駆動系５を備えている。機械駆動系５は、ベッド１３と、ガラス基板Ｇが載置される加工テーブル１５と、加工テーブル１５をベッド１３に対して水平方向に移動させる移動装置１７（後述）とを有している。

レーザ加工装置１は、操作制御部７を備えている。操作制御部７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを有するコンピュータであって、記憶部に保存されたプログラムによって各種制御及び計測が可能である。この実施形態では、操作制御部７は、レーザ発振器９を制御できる。また、操作制御部７は、移動装置１７を制御できる。さらに、操作制御部７は、伝送光学系１１を制御できる。なお、操作制御部７は、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
さらに、操作制御部７には、各種センサ及び入力スイッチが接続されている。

レーザ加工装置１は、集塵装置５０を有している。集塵装置５０は、ガラス基板Ｇがレーザ加工されたときに集塵を行うレーザ加工によって基板から発生する粉塵を集める装置である（後述）。

（２）レーザ加工原理
図２を用いて、レーザ・ドリリング加工の原理を説明する。レーザ・ドリリングは、基板の下面から上側に向けて加工を進めるレーザ加工法である。レーザ・ドリリングは、例えば波長が５３２ｎｍ程度のグリーンレーザ光を採用する。グリーンレーザ光は、一般的には基板を透過するが、レーザ光を集光し、その強度があるしきい値を越えると、基板はレーザ光を吸収する。このような状態では、レーザ光の集光部にプラズマが発生し、これにより基板は蒸散する。以上のような原理を利用して、基板に孔を形成する等の加工が可能である。

ガラス基板Ｇに対しては、レーザ光の集光点Ｆを、レーザ光照射側とは逆側の第１面２３ａからレーザ光照射側の第２面２３ｂに向かって移動させる。
具体的には、最初に、集光点Ｆがガラス基板Ｇの第１面２３ａに形成されるように、集光レンズが制御される。次に、集光点Ｆを上昇させる。以下、集光点Ｆの上昇を繰り返す。その結果、最終的に、小さな孔３１が上下方向に貫通する。
以上の加工法では、加工粉が下方に落下し、加工粉によるレーザ光照射ヘッド２９への悪影響が避けられる。

レーザ・ドリリングの別の加工法として、集光点を加工ラインに沿って１周した後、さらに集光点を上昇させる動作を繰り返し実行することにより、加工ラインの内側部分を抜き落として大きな孔を形成できる。

（３）集塵装置
図３〜図６を用いて、集塵装置５０を説明する。図３は、集塵装置の模式的斜視図である。図４は、集塵装置の吸引構成の模式図である。図５は、集塵装置の模式的正面図である。図６は、集塵装置の集塵フード及びパイプの部分斜視図である。
なお、図において、矢印Ｘが第１水平方向を示しており、矢印Ｙが第１水平方向に直交する第２水平方向を示している。

集塵装置５０は、加工テーブル１５及び移動装置１７に組み込まれている。したがって、以下に加工テーブル１５及び移動装置１７の構造を先に説明する。
図３に示すように、加工テーブル１５（基板載置部の一例）は、ワークテーブル５１と、移動支持部５３とを有している。ワークテーブル５１には、ガラス基板Ｇ（図５）が載置される。ワークテーブル５１は、複数の集塵フード５５（後述）の上方に配置されている。ワークテーブル５１は、薄板状の部材であり、図３に示すように、上下方向に貫通する複数の開口部５１ａを有している。開口部５１ａは、ワークテーブル５１の全体に形成されている。開口部５１ａの間の枠部材は開口部５１ａに対して細く形成されている。なお、開口部５１ａには、ガラス基板Ｇから落下した物を受けるためのメッシュが貼られていてもよい。

移動支持部５３は、ワークテーブル５１を下方から支持している。移動支持部５３は、図３及び図５に示すように、底部５３ａと、その上面に形成された複数の壁部５３ｂを有している。壁部５３ｂは、第２水平方向に延びており、それらの間に上方が開口した溝部を形成している。
移動装置１７は、ワークテーブル５１を第２水平方向に移動可能な駆動装置である。移動装置１７は、ガイドレール、モータ等を有する公知の機構である。移動装置１７は、図５に示すように、直動ガイド５３ｃを有しており、移動支持部５３は第２水平方向に所定範囲で移動可能である。移動装置１７によってワークテーブル５１が第２水平方向に移動すると、ガラス基板Ｇもそれに伴って移動する。したがって、複数の集塵フード５５に対応するガラス基板Ｇの位置が変更され、そのためガラス基板Ｇの異なる位置へのレーザ加工を開始できる状態になる。
加工テーブル１５は、さらに、図５に示すように、複数の支持ブロック７０を有している。複数の支持ブロック７０は、ワークテーブル５１の上面に装着され、それらの上にガラス基板Ｇが載置される。

集塵装置５０は、複数の集塵フード５５を有している。集塵フード５５は、ワークテーブル５１の下方に配置され上側に開口している。集塵フード５５は、複数の壁部５３ｂの間の溝部に配置されており、第１水平方向に並んでいる。具体的には、集塵フード５５は、移動支持部５３の底部５３ａと壁部５３ｂの間に配置されている。
複数の集塵フード５５の上面とワークテーブル５１の上面との間には、図５に示すように、空間が確保されている。ここで「空間が確保されている」とは、間に遮る物がない状態を言う。
複数の集塵フード５５は、第１水平方向に並んでおり、固定位置に設けられている。このように、複数の集塵フード５５が一水平方向に並んでいるので、同じ向きへの連続したレーザ加工が可能である。また、複数の集塵フード５５が固定位置に設けられているので、加工テーブル１５は、複数の集塵フード５５に対して第２水平方向に相対的に移動する。
複数の集塵フード５５と第２水平方向の同じ位置には、レーザ光照射ヘッド２９が配置されている。

集塵フード５５は、上側に開口部を有する箱形形状の部材である。集塵フード５５の開口部は平面視で四角形であり、集塵フード５５は、４つの内側面５５ａを有している。各内側面は下方に向かって延びている。内側面５５ａは、下方に向かって開口面積を狭くするように傾斜している。したがって、集塵フード５５内に入った粉塵は、内側面５５ａによって、集塵フード内を下方につまり個別パイプ５７（後述）に向かって誘導される。
集塵フード５５の開口部のサイズは、例えば、１００×２００ｍｍである。これにより、加工中心からＹ方向にプラスマイナス５０ｍｍをカバーしている。

集塵装置５０は、吸引装置５６を有している。吸引装置５６は、複数の集塵フード５５内を吸引する装置である。以下、図３及び図４を用いて、吸引装置５６の吸引構成を説明する。
吸引装置５６は、複数の個別パイプ５７を有している。個別パイプ５７は、一端が集塵フード５５に連結されている。個別パイプ５７は、具体的に集塵フード５５の下部に連結しており、さらに具体的には集塵フード５５の側面の下部に連結されている。なお、図６は、集塵フード５５と個別パイプ５７の関係を示すために、他の構造を省略した簡略化図面になっている。

吸引装置５６は、隣接した一対の個別パイプ５７を連結する集合ボックス５９（図３）を有している。
吸引装置５６は、集合ボックス５９から延びる共通パイプ６１を有している。
吸引装置５６は、共通パイプ６１に接続された第１集塵機６９ａ又は第２集塵機６９ｂを有している。

図７及び図８を用いて、ワークテーブル５１の移動動作を説明する。図７及び図８は、集塵装置のワークテーブルと集塵フードの位置関係を示す模式的平面図である。
最初に、例えば図７に示すように、レーザ光照射ヘッド２９及びガラス基板Ｇを、加工位置に移動させる。図７では、ワークテーブル５１の開口部５１ａの最も図左側の列が複数の集塵フード５５の真上に配置されている。つまり、このとき、上記開口部５１ａが、レーザ光照射ヘッド２９の加工ラインＰの真上に配置されている。
この状態で、レーザ光照射ヘッド２９が第１水平方向に移動しながら、レーザ光をガラス基板Ｇに照射して加工を行う。

続いて、移動装置１７によってワークテーブル５１を第２水平方向移動させて、図８に示すようにワークテーブル５１及びガラス基板Ｇの位置を変更する。図８では、ワークテーブル５１の開口部５１ａの図左から２番目の列が、複数の集塵フード５５の真上に配置されている。つまり、上記開口部５１ａの列がレーザ光照射ヘッド２９の加工ラインＰの真上に配置されている。
この実施形態では、第１集塵機６９ａと第２集塵機６９ｂは常時作動している。ただし、必要に応じて、第１集塵機６９ａ及び第２集塵機６９ｂの一方の動作を停止させてもよい。例えば、第１集塵機６９ａに対応する集塵フード５５の真上でレーザ加工されている場合は、第２集塵機６９ｂの動作を停止させてもよい。逆も同様である。

この装置では、吸引装置５６が動作すると、複数の集塵フード５５内に粉塵が吸い込まれる。集塵のための開口部が複数の集塵フード５５によって構成されているので、各集塵フード５５の開口面積を大きく設定することで、粉塵吸引能力が向上している。

図５に示すようにガラス基板Ｇの下面と集塵フード５５との間に空間が確保されているので、ガラス基板Ｇから発生した粉塵を確実に吸引するためには、大きな風量が必要になる。したがって、一般には、吸引構造の第１水平方向において吸引力のばらつきが少ないことが必要である。ばらつきがあれば吸引力が低いところが基準になるので、消費電力が大きくなるからである。
本実施形態では、集塵のための開口部が複数の集塵フード５５によって構成されているので、吸引力が高いレベルで第１水平方向に均一に吸引できる。

この装置では、レーザ加工は図２に示すように基板の下面から上側に向けて加工を進めるレーザ・ドリリングであるので、レーザ加工時にガラス基板Ｇの下面から大量の粉塵が発生する。しかし、粉塵は、ワークテーブル５１の複数の開口部５１ａを通って下方に移動し、複数の集塵フード５５に吸引される。したがって、粉塵発生による不具合が生じにくい。
特に、複数の集塵フード５５の上面とガラス基板Ｇの下面との間には、空間が確保されているので、ガラス基板Ｇの下面から発生した粉塵が、集塵フード５５に対して直線的に吸引される。

２．第２実施形態
第１実施形態では、第１集塵機又は第２集塵機は吸引を行うか又は吸引を停止するかを切り換えられていたが、第１集塵機又は第２集塵機に接続された複数のパイプに弁を設けることで細かく吸引及び吸引停止を行ってもよい。
図９を用いて、そのような第１変形例を第２実施形態として説明する。図９は、第２実施形態の集塵装置の吸引構成の模式図である。
図９に示すように、共通パイプ６１にそれぞれ開閉弁７１が設けられている。したがって、第１集塵機６９ａに接続された集塵フード５５付近でレーザ加工が行われているときは、第２集塵機６９ｂ側の開閉弁７１を閉じることできる。逆の場合も同様である。つまり、開閉弁７１によって共通パイプ６１を開閉することで、レーザ加工位置に対応する集塵フード５５の吸引を続けながら、それ以外の集塵フード５５の吸引を停止できる。

３．第３実施形態
図１０を用いて、そのような第２変形例を第３実施形態として説明する。図１０は、第３実施形態の集塵装置の吸引構成の模式図である。
図１０に示すように、個別パイプ５７にそれぞれ開閉弁７１が設けられている。したがって、第１集塵機６９ａに接続された１つの集塵フード５５付近でレーザ加工が行われているときは、他の開閉弁７１を閉じることできる。つまり、開閉弁７１によって個別パイプ５７を開閉することで、レーザ加工位置に対応する集塵フード５５の吸引を続けながら、それ以外の集塵フード５５の吸引を停止できる。

４．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
集塵機の吸引装置の構成は第１〜第３実施形態に限定されない。集塵機の数や種類、パイプの接続構造、弁の有無及び配置は任意である。
レーザ装置、機械駆動系の具体的な構成は、前記実施形態に限定されない。
レーザ加工方法は、レーザ・ドリリングに限定されない。
被加工物は、ガラス基板に限定されない。被加工物は、レーザ光で加工可能な部材であればよい。

本発明は、基板のレーザ加工によって生じる粉塵を集めるための集塵装置に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
３ ：レーザ装置
５ ：機械駆動系
７ ：操作制御部
９ ：レーザ発振器
１１ ：伝送光学系
１５ ：加工テーブル
１７ ：移動装置
２３ ：基板本体
２９ ：レーザ光照射ヘッド
５０ ：集塵装置
５１ ：ワークテーブル
５１ａ ：開口部
５３ ：移動支持部
５５ ：集塵フード
５５ａ ：内側面
５６ ：吸引装置
Ｇ ：ガラス基板

Claims (8)

1. レーザ加工によって基板から発生する粉塵を集める集塵装置であって、
   基板が載置される基板載置部と、
   前記基板載置部の下方に配置され上側に開口した複数の集塵フードと、
   前記複数の集塵フード内を吸引する吸引装置と、
   を備えた集塵装置。
2. 前記複数の集塵フードの上面と前記基板載置部の上面との間には、空間が確保されている、請求項１に記載の集塵装置。
3. 前記基板載置部は、前記複数の集塵フードの上方に配置され上下方向に貫通する複数の開口部が形成されたワークテーブルを有している、請求項１又は２に記載の集塵装置。
4. 前記複数の集塵フードは、第１水平方向に並んでおり、固定位置に設けられている、請求項３に記載の集塵装置。
5. 前記ワークテーブルを第１水平方向に直交する第２水平方向に移動可能な駆動装置をさらに備えている、請求項４に記載の集塵装置。
6. 前記吸引装置は、前記複数の集塵フードに連結されたパイプと、前記パイプを開閉可能な弁とを有している、請求項１〜５のいずれかに記載の集塵装置。
7. 前記パイプは前記集塵フードの下部に連結されており、
   前記集塵フードは、下方に向かって開口面積が狭くなるように傾斜した内側傾斜面を有している、請求項６に記載の集塵装置。
8. 前記レーザ加工は、前記基板の下面から上側に向けて加工を進めるレーザ・ドリリングである、請求項１〜７のいずれかに記載の集塵装置。

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